基于Halbach永磁陣列的高精度平面電機的研究.pdf

1、隨著材料科學及先進制造業(yè)的快速發(fā)展，微米、納米級別的高精度定位平臺技術得到了深入的研究和發(fā)展。論文首先闡述了Halbach永磁陣列和高精度定位平臺的研究現(xiàn)狀，接著綜述了永磁陣列、繞組陣列、懸浮方式、軸承、電磁執(zhí)行器、位移傳感器等平面電機關鍵技術，以及Halbach陣列在平面電機中的應用現(xiàn)狀。 提出了一種基于傅立葉分解的磁場分析方法，該方法可分析包括永磁陣列和繞組電流層在內的所有區(qū)域，并便于磁場諧波分析。使用該方法對直線電機執(zhí)行器

2、進行電磁分析，求解Halbach永磁陣列和繞組電流的磁場。使用Maxwell應力張量法求解直線電機的電磁力，利用DQ分解法對電磁力進行解耦，并提出對應的電流變換法則。分析直線電機定子電路的集總參數(shù)模型。 在分析了平面電機的主流結構后，提出了平面電機的結構設計準則和樣機的結構設計方案。介紹系統(tǒng)電磁部分的設計細節(jié)，包括：Halbach永磁陣列的加工工藝、直線電機定子繞組的結構設計、線圈的制造工藝、平面電機控制系統(tǒng)的軟硬件結構。介紹系

3、統(tǒng)機械部分的設計細節(jié)，包括：動子平臺的設計和加工、定子芯的加工工藝、平面電機的裝配等。 介紹了Halbach型直線電機執(zhí)行器樣機的結構，推導了執(zhí)行器的運動控制方程，提出了執(zhí)行器的電流控制策略。給出了電流控制實驗、靜態(tài)力測量實驗、開環(huán)定位實驗、閉環(huán)定位實驗的原理步驟結果，實驗結果表明，Halbach型執(zhí)行器的電磁力模型較準確，電流控制策略可行。 為實現(xiàn)磁懸浮平面電機6個運動自由度的解耦控制，提出了模式力的概念和基于模式力的

4、解耦動力學模型，提出了基于小信號分析和基于模式力的兩種不同的平面電機解耦控制策略。設計了樣機的X位置伺服控制器，仿真結果表明，該控制器使解耦后的X位置控制達到了預期的動靜態(tài)性能，并具有良好的抗擾動性和魯棒性。 為實現(xiàn)XYθZ三自由度平面電機的解耦控制，提出了基于模式力的三自由度平面電機的解耦控制策略，推導了系統(tǒng)的位置傳感器方程。給出了平面電機開環(huán)定位實驗、X單自由度定位實驗、Y單自由度定位實驗、θZ單自由度定位實驗、XYθZ三自